本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種超聲時域反射在線無損檢測鋰離子電池健康狀態(tài)的方法。

背景技術(shù)：
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鋰離子電池是目前電子產(chǎn)品和小型電器的主要電源。近年來，隨著電動汽車和大規(guī)模儲能技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，鋰離子電池的應用規(guī)模和使用場合更加擴展和多樣化，其使用性能和應用效果也引起了更多關(guān)注，尤其是安全性、壽命、輸入/輸出性能等關(guān)鍵指標。因此，對應這些指標的檢測、評估技術(shù)及方法也是鋰離子電池大規(guī)模推廣應用的一個重要技術(shù)方向。目前，大規(guī)模使用的商用鋰離子電池的特點是內(nèi)部為多層重復的層級結(jié)構(gòu)，在使用過程中電池衰減的原因有很多，包括材料惡化，電解液濃度變化，隔膜損壞等，但常見的是電極、隔膜等層級結(jié)構(gòu)的厚度、形體發(fā)生變化、產(chǎn)生為裂紋和缺陷，同時伴隨著固體表面電解質(zhì)膜(SEI)等界面層的生成和消解，因此，針對電池性能衰減的分析應重點關(guān)注電池內(nèi)部電極、隔膜、SEI等多層級結(jié)構(gòu)厚度和形態(tài)變化。

現(xiàn)階段，針對鋰離子電池內(nèi)部層級結(jié)構(gòu)變化的主要檢測和分析仍然基于非原位的破壞性拆解技術(shù)手段。這些傳統(tǒng)破壞性檢測和分析方法一方面使得電池內(nèi)部多層結(jié)構(gòu)變化難以直接測試，另一方面，這一過程本身往往就會使得層級結(jié)構(gòu)的厚度和形態(tài)發(fā)生變化，測試結(jié)果可信度不高，所以亟待發(fā)展一種新型的技術(shù)，在不干擾電池運行狀態(tài)下能夠較為直接的進行測量和分析，更為準確和直觀。因此，一些新的基于原位和在線測試技術(shù)而發(fā)展的新型檢 測/監(jiān)測技術(shù)手段被逐漸用于電池性能檢測與分析。在基礎研究中，已有一些科學家運用同步輻射、光譜、色譜等原位測試技術(shù)，對鋰離子電池進行了原位檢測并取得了一些有益的成果。然而，隨著鋰離子電池在電動汽車和電網(wǎng)儲能中的大規(guī)模推廣，這些基礎研究中應用的技術(shù)手段成本太高，無法實用化，因此亟待發(fā)展均有實用化和工業(yè)化推廣應用潛力的一種在線檢測和監(jiān)測技術(shù)，以便加強對電池的監(jiān)測和管理，尤其是性能衰減和安全預警。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種超聲時域反射在線無損檢測鋰離子電池健康狀態(tài)的方法，加強對電池的監(jiān)測和管理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，包括：

選取電池基體；

獲取所述基體內(nèi)部的層級區(qū)域信號；

劃分所述層級區(qū)域；

分析所述層級區(qū)域的變化。

本發(fā)明提供的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，所述基體內(nèi)部的層級區(qū)域信號通過超聲時域發(fā)射器和超聲時域接收器獲得。

本發(fā)明提供的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，將所述信號在示波器上形成對應波形信號。

本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，根據(jù)所述波形信號劃分所述層級區(qū)域。

本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，根據(jù)所述波形信號的變化分析每個層級區(qū)域的變化。

本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，所述層級區(qū)域包括電極、隔膜和SEI膜。

本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，所述波形信號根據(jù)什么原則或依據(jù)將信號準確的劃分為對應的層級區(qū)域；各自的信號特點。

本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法，所述每個層級區(qū)域的變化根據(jù)所述波形信號的峰強、峰寬及峰位移的變化確定。

本發(fā)明提供的一種鋰離子電池健康狀態(tài)檢測方法，包括：

根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述的檢測方法進行所述電池的無損檢測；

將權(quán)利要求1-8任意一項所述的檢測方法中的電池進行電化學性能測試。

本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種鋰離子電池健康狀態(tài)檢測方法，所述電池在進行電化學性能測試后，再進行無損檢測；對所述電池重復循環(huán)若干次無損檢測步驟和電化學性能測試步驟，并得到所述電池的健康狀態(tài)。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案根據(jù)信號波的變化來分析和探索電池內(nèi)部不同層級結(jié)構(gòu)變化，包括厚度、形體發(fā)生變化、產(chǎn)生為裂紋和缺陷；

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案對于鋰離子電池健康狀態(tài)的分析是根據(jù)脈沖反射回來的信號并在示波器上顯示的特定波形，不同的電池和不同的狀態(tài)都對應于不同的波形，有利于辨識和具有特定性和針對性；

3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案實施是在不拆解鋰離子電池的情況下進行的，電池在任何狀態(tài)的情況直接進行檢測和分析，能夠更準確的反應電池內(nèi)部多層級結(jié)構(gòu)變化，其結(jié)果的可信度更高；

4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以實行在線檢測，實時掌握電池最真實的任何狀態(tài)，能夠加強對電池的監(jiān)測和管理，尤其是性能衰減和安全預警；

5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案簡單易操作，設備投資小，測試時間短，能用于商業(yè)鋰離子電池的檢測，能用于在線檢測，使其能大規(guī)模的應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的超聲時域反射檢測鋰離子電池隔膜示意圖；

圖2為圖一的測試數(shù)據(jù)結(jié)果圖；

圖3為本發(fā)明的紐扣電池測試結(jié)果示意圖；

圖4為本發(fā)明的隔膜變化示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1：

如圖1-4所示，本例的發(fā)明提供一種鋰離子電池內(nèi)部無損檢測方法及該電池健康狀態(tài)檢測方法；所述無損檢測方法包括：

以鋰離子電池為基體，利用超聲時域發(fā)射器對電池發(fā)射超聲脈沖信號，當信號遇到一個界面或者一種新的介質(zhì)時，會產(chǎn)生特定的反射波反射回來并被接收器接收，同時會在示波器上以對應的特定波形顯現(xiàn)。由于每個界面都會存在不同時域下的特定反射信號，根據(jù)波形信號進行層級區(qū)域劃分；所述層級區(qū)域包括電極、隔膜及SEI膜等，如何根據(jù)波形信號劃分層級區(qū)域，根據(jù)什么原則和依據(jù)劃分；再進行每個層級自身波形的變化分析對應于電極和隔膜的厚度變化和組分的變化，所述波形的變化包括峰強、峰寬及峰位移的變化；所述電極和隔膜的厚度變化和組分的變化包括材料的分解、沉積、裂 紋和缺陷及SEI膜等，如何通過波形的變化得出電極和隔膜的厚度變化和組分的變化，其依據(jù)是什么。因此通過信號波形的形態(tài)和尺度變化，可以分析鋰離子電池內(nèi)部不同層級的變化，包括厚度、形體發(fā)生變化、產(chǎn)生為裂紋和缺陷等，從而實現(xiàn)了在無損狀態(tài)下，對鋰離子電池電極與隔膜進行檢測和分析，揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化引發(fā)性能衰退的機制。請補充具體哪些變化引起哪些性能衰退；或者舉例說明。

實施例2：

將LiFePO₄為正極，石墨為負極的CR2032扣式電池作為基體，將頻率為30MHz超聲探頭作為超聲脈沖發(fā)射器，取一定量的耦合劑分別涂在電池的正極或負極表面，最后將探頭放在電池的正極或負極表面上，打開示波器和脈沖反射器，調(diào)整參數(shù)，如哪類參數(shù)？，進行測試，將測試結(jié)果進行分析，得到相應的電池內(nèi)部測試結(jié)果。所述電池健康狀態(tài)測試包括，采用不同狀態(tài)的電池，首先采用新鮮的電池進行無損檢測，對于無損檢測完的新鮮電池，將其做電化學性能測試或循環(huán)性能測試或倍率性能測試，在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

實施例3：

將LiFePO₄為正極，石墨為負極的軟包電池(不同規(guī)格)作為基體，將頻率為5MHz超聲探頭作為超聲脈沖發(fā)射器，取一定量的耦合劑分別涂在電池表面，最后將探頭放在電池表面上，打開示波器和脈沖反射器，調(diào)整參數(shù)，如哪類參數(shù)？，進行測試，將測試結(jié)果進行分析，得到相應的電池內(nèi)部測試 結(jié)果。所述電池健康狀態(tài)測試包括，采用不同狀態(tài)的電池，首先采用新鮮的電池進行無損檢測，對于無損檢測完的新鮮電池，將其做電化學性能測試或循環(huán)性能測試或倍率性能測試，在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

實施例4：

將LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為正極，石墨為負極的CR2032扣式電池作為基體，將頻率為30MHz超聲探頭作為超聲脈沖發(fā)射器，取一定量的耦合劑分別涂在電池的正極或負極表面，最后將探頭放在電池的正極或負極表面上，打開示波器和脈沖反射器，調(diào)整參數(shù)，如哪類參數(shù)？，進行測試，將測試結(jié)果進行分析，得到相應的電池內(nèi)部測試結(jié)果。所述電池健康狀態(tài)測試包括，采用不同狀態(tài)的電池，首先采用新鮮的電池進行無損檢測，對于無損檢測完的新鮮電池，將其做電化學性能測試或循環(huán)性能測試或倍率性能測試，在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

實施例5：

將LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為正極，石墨為負極的軟包電池(不同規(guī)格)作為基體，將頻率為5MHz超聲探頭作為超聲脈沖發(fā)射器，取一定量的耦合劑分別涂在電池表面，最后將探頭放在電池的正極或負極表面上，打開示波器和脈沖反射器，調(diào)整參數(shù)，如哪類參數(shù)？，進行測試，將測試結(jié)果進行分析，得到相應的電池內(nèi)部測試結(jié)果。所述電池健康狀態(tài)測試包括，采用不同狀態(tài) 的電池，首先采用新鮮的電池進行無損檢測，對于無損檢測完的新鮮電池，將其做電化學性能測試或循環(huán)性能測試或倍率性能測試，在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

實施例6：

將LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為正極，石墨為負極的18650柱狀電池作為基體，將漂亮為5MHz超聲探頭作為超聲脈沖發(fā)射器，取一定量的耦合劑分別涂在電池的側(cè)表面，最后將探頭放在電池側(cè)表面上，打開示波器和脈沖反射器，調(diào)整參數(shù)，如哪類參數(shù)？，進行測試，將測試結(jié)果進行分析，得到相應的電池內(nèi)部測試結(jié)果。所述電池健康狀態(tài)測試包括，采用不同狀態(tài)的電池，首先采用新鮮的電池進行無損檢測，對于無損檢測完的新鮮電池，將其做電化學性能測試或循環(huán)性能測試或倍率性能測試，在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

以鋰離子電池為基體，分別有紐扣式鋰離子電池(包括但不限于2016型、2025型和2032型等)、圓柱狀鋰離子電池(包括但不限于18650型、26650型等)、硬殼方形鋰離子電池(包括但不限于塑料外殼型、鋁及鋁合金外殼型、不銹鋼外殼型等)、軟包型鋰離子電池、全固態(tài)型鋰離子電池等。

無損鋰離子電池即不拆解電池也不對電池做任何其他的處理。

鋰離子電池在線檢測，即鋰離子電池在任何狀態(tài)下都可以進行檢測，即充電狀態(tài)范圍為額定容量0～100％和放電狀態(tài)為額定容量0～100％中的任何 狀態(tài)。脈沖信號發(fā)射器頻率為2～100MHz。

所述電化學性能測試包括哪些步驟？

在性能測試中電池充放電循環(huán)一定次數(shù)后再進行超聲無損檢測，再對電池充放電循環(huán)再無損檢測，依次類推，最后得到相應的數(shù)據(jù)并分析(請補充什么樣的數(shù)據(jù)分析得知電池的使用狀態(tài))，可以達到掌握電池使用狀態(tài)的效果。

補充電池健康狀態(tài)的評價標準。

本發(fā)明目的在于使用簡單方便的檢測方法，采用超聲時域反射法檢測鋰離子電池的內(nèi)部健康狀況，實現(xiàn)了在非破壞電池的情況下對鋰離子電池內(nèi)部多層級結(jié)構(gòu)進行直接而有效的分析，同時在實行了在線檢測的情況下，對鋰離子電池電極與隔膜進行檢測和分析，最重要的是采用了層級區(qū)域劃分(包括電極、隔膜和SEI膜等)和每個層級自身波形的變化(包括峰強、峰寬、峰位移等變化)兩個步驟分析來揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化引發(fā)性能衰退的機制，進而探索工程實踐中的在線監(jiān)測和檢測，從而提升電池應用的安全性和穩(wěn)定性，并預防事故的發(fā)生。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實施例應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。